Knotted protein
முடிச்சு புரதங்கள் என்பது புரதங்கள், அவற்றின் முதுகெலும்புகள் ஒரு முடிச்சில் சிக்கிக் கொள்கின்றன. இரு முனைகளிலிருந்தும் ஒரு புரதச் சங்கிலியை இழுப்பது, இரு முனைகளிலிருந்தும் ஒரு சரத்தை இழுப்பது போல் ஒருவர் கற்பனை செய்து பார்க்கலாம். முடிச்சு போடப்பட்ட புரதம் இரண்டு முனைகளிலிருந்தும் "இழுக்கப்படும்" போது, அது துண்டிக்கப்படாது. முடிச்சு புரதங்கள் மிகவும் அரிதானவை, புரத தரவு வங்கியில் உள்ள புரதங்களில் சுமார் ஒரு சதவீதம் மட்டுமே உள்ளன, மேலும் அவற்றின் மடிப்பு வழிமுறைகள் மற்றும் செயல்பாடு நன்கு புரிந்து கொள்ளப்படவில்லை. சில பதில்களைக் குறிக்கும் சோதனை மற்றும் தத்துவார்த்த ஆய்வுகள் இருந்தாலும், இந்த கேள்விகளுக்கான முறையான பதில்கள் இன்னும் கண்டுபிடிக்கப்படவில்லை. புரத முடிச்சுகளைக் கண்டறிய பல கணக்கீட்டு முறைகள் உருவாக்கப்பட்டிருந்தாலும், எக்ஸ்-ரே கட்டமைப்புகள் அல்லது தரமற்ற பி. டி. பி வடிவங்களில் காணாமல் போன எச்சங்கள் அல்லது சங்கிலி முறிவுகள் காரணமாக தேவையான கையால் தலையீடு இல்லாமல் புரத முடிச்சுகளைக் கண்டறிய முற்றிலும் தானியங்கி முறைகள் இன்னும் இல்லை. புரதங்களில் காணப்படும் பெரும்பாலான முடிச்சுகள் ஆழமான ட்ரெஃபாயில் (31) முடிச்சுகள் ஆகும். படம் எட்டு முடிச்சுகள் (41), மூன்று முறுக்கு முடிச்சுகள் (52), மற்றும் ஸ்டீவ்டோர் முடிச்சுகள் (61) ஆகியவையும் கண்டுபிடிக்கப்பட்டுள்ளன. சமீபத்தில், புரத கட்டமைப்பைக் கணிப்பதற்கான இயந்திர கற்றல் நுட்பங்களைப் பயன்படுத்துவதன் விளைவாக, 63 முடிச்சுகளின் மிகவும் துல்லியமான கணிப்பு ஏற்பட்டது. மேலும், அதே நுட்பங்களைப் பயன்படுத்தி, கலப்பு முடிச்சுகள் (அதாவது 31#31) கண்டுபிடிக்கப்பட்டன. கணித ரீதியாக, ஒரு முடிச்சு என்பது ஒரு வட்டத்திற்கு ஒத்த உருவமாக இருக்கும் முப்பரிமாண இடத்தின் துணைக்குழுவாக வரையறுக்கப்படுகிறது. இந்த வரையறையின்படி, ஒரு முடிச்சு ஒரு மூடிய வளையத்தில் இருக்க வேண்டும், அதற்கு பதிலாக முடிச்சு புரதங்கள் திறந்த, மூடப்படாத சங்கிலிகளுக்குள் இருக்க வேண்டும். முடிச்சு புரதங்களுக்கு கணித முடிச்சு கோட்பாட்டைப் பயன்படுத்துவதற்காக, ஒரு செயற்கை மூடிய வளையத்தை உருவாக்க பல்வேறு உத்திகளைப் பயன்படுத்தலாம். அத்தகைய ஒரு உத்தி என்னவென்றால், ஒரு மெய்நிகர் பிணைப்பு மூலம் புரதத்தின் N-மற்றும் C-முனையுடன் இணைக்கப்படுவதற்கு எல்லையற்ற தூரத்தில் உள்ள ஒரு புள்ளியைத் தேர்ந்தெடுப்பது, இதனால் புரதத்தை ஒரு மூடிய வளையமாகக் கருதலாம். இதுபோன்ற மற்றொரு உத்தி சீரற்ற மூடல்களை உருவாக்கும் சீரற்ற முறைகளைப் பயன்படுத்துவதாகும். முடிச்சின் ஆழம் ஒரு புரத முடிச்சின் ஆழம் புரதத்தின் பிணைப்பை எதிர்க்கும் திறனுடன் தொடர்புடையது. இரு முனைகளிலிருந்தும் கணிசமான எண்ணிக்கையிலான எச்சங்களை அகற்றுவது முடிச்சை அழிக்காது என்றாலும் ஒரு ஆழமான முடிச்சு பாதுகாக்கப்படுகிறது. முடிச்சை அழிக்காமல் அகற்றக்கூடிய எச்சங்களின் எண்ணிக்கை அதிகமாக இருந்தால், முடிச்சு ஆழமாக இருக்கும். முடிச்சுகளின் உருவாக்கம் ஒரு சரம் மூலம் முடிச்சுகள் எவ்வாறு உற்பத்தி செய்யப்படலாம் என்பதைக் கருத்தில் கொண்டு, முடிச்சு புரதங்களின் மடிப்பு முதலில் ஒரு வளையத்தை உருவாக்குவதையும், பின்னர் வளையத்தின் வழியாக ஒரு முனையத்தை இழுத்துச் செல்வதையும் உள்ளடக்கியதாக இருக்க வேண்டும். ட்ரெஃபாயில் முடிச்சை உருவாக்கக்கூடிய ஒரே இடவியல் வழி இதுதான். மிகவும் சிக்கலான முடிச்சுகளுக்கு, வளையத்தை தன்னைச் சுற்றி பல முறை திருப்புவது கோட்பாட்டளவில் சாத்தியமாகும், அதாவது சங்கிலியின் ஒரு முனை குறைந்தபட்சம் ஒரு முறையாவது மூடப்பட்டு, பின்னர் இழுக்கப்படுகிறது. ஒரு கோட்பாட்டு ஆய்வில், சி-முனையம் ஒரு வளையத்தின் வழியாக இழுக்கப்படுவதன் மூலமும், மற்றொரு வளையம் முதல் வளையத்தின் மீது புரட்டப்படுவதன் மூலமும், அதே போல் சி-முனையம் முன்பு ஒருவருக்கொருவர் புரட்டப்பட்ட இரண்டு சுழல்களின் வழியாக இழுக்கப்படுவதன் மூலமும் 6-1 முடிச்சு உருவாகலாம் என்றும் கண்டறியப்பட்டுள்ளது. முடிச்சு புரதங்களின் மடிப்பு ரைபோசோமுடன் புதிய சங்கிலியின் தொடர்பு மூலம் விளக்கப்படலாம். குறிப்பாக, ரைபோசோம் மேற்பரப்பில் சங்கிலியின் தொடர்பு வளையத்தை உருவாக்கக்கூடும், இது அடுத்ததாக ஒரு புதிய சங்கிலியால் இழுக்கப்படலாம். அறியப்பட்ட மிக ஆழமான முடிச்சு புரதங்களில் ஒன்றுக்கு இத்தகைய வழிமுறை நம்பத்தகுந்ததாக காட்டப்பட்டது. ட்ரெஃபாயில் முடிச்சுகளைக் கொண்ட முடிச்சு புரதங்களான YibK மற்றும் YbeA சம்பந்தப்பட்ட சோதனை ஆய்வுகள் உள்ளன. இந்த முடிச்சு புரதங்கள் மெதுவாக மடிகின்றன என்றும், மடிப்புகளில் முடிச்சு கட்டுவது விகிதத்தைக் கட்டுப்படுத்தும் படியாகும் என்றும் நிறுவப்பட்டுள்ளது. மற்றொரு சோதனை ஆய்வில், YibK மற்றும் YbeA இன் முனையத்துடன் 91-எச்ச-நீண்ட புரதம் இணைக்கப்பட்டது. இரண்டு முனைகளிலும் புரதத்தை இணைப்பது முடிச்சு அழிக்கப்படுவதற்கு முன்பு ஒவ்வொரு முனையத்திலும் சுமார் 125 அகற்றக்கூடிய எச்சங்களுடன் ஆழமான முடிச்சை உருவாக்குகிறது. ஆயினும்கூட, இதன் விளைவாக வரும் புரதங்கள் தன்னிச்சையாக மடிக்க முடியும் என்று காணப்பட்டது. இணைக்கப்பட்ட புரதங்கள் YibK மற்றும் YbeA ஐ விட விரைவாக மடிப்பதாகக் காட்டப்பட்டன, எனவே மடிப்பின் போது அவை YibK மற்றும் YbeA இன் இரு முனைகளிலும் பிளக்குகளாக செயல்படும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது. புரதத்தை என்-முனையத்துடன் இணைப்பது மடிப்பு வேகத்தை மாற்றாது என்று கண்டறியப்பட்டது, ஆனால் சி-முனையத்துடன் இணைக்கப்படுவது மடிப்பு வேகத்தை குறைக்கிறது, இது சி-முனையத்தில் நூல் நிகழ்வு நிகழ்கிறது என்பதைக் குறிக்கிறது. சேப்பரோன்கள், புரத முடிச்சை எளிதாக்குகின்றன என்றாலும், புரதங்களின் சுய-இணைப்பில் முக்கியமானவை அல்ல. புரதங்களில் உள்ள பிற இடவியல் ரீதியாக சிக்கலான கட்டமைப்புகள் முடிச்சு புரதங்களின் வகுப்பில் கட்டமைப்புகள் மட்டுமே உள்ளன, இதற்காக முதுகெலும்பு, மூடப்பட்ட பிறகு ஒரு முடிச்சு வளையத்தை உருவாக்குகிறது. இருப்பினும், சில புரதங்களில் ஸ்லிப் நாட்ஸ் எனப்படும் "உள் முடிச்சுகள்" உள்ளன, அதாவது. முடிச்சு போடப்பட்ட துணை சங்கிலியைக் கொண்ட முடிச்சு போடப்படாத கட்டமைப்புகள். மற்றொரு இடவியல் ரீதியாக சிக்கலான அமைப்பு டைசல்பைடு பாலங்களால் மூடப்பட்ட சகப்பிணைப்பு சுழல்களால் உருவாக்கப்பட்ட இணைப்பாகும். புரதங்களில் மூன்று வகையான டைசல்பைடு அடிப்படையிலான இணைப்புகள் அடையாளம் காணப்பட்டனஃ ஹோப் இணைப்பின் இரண்டு பதிப்புகள் (சிராலிட்டியில் வேறுபடுகின்றன) மற்றும் சாலமன் இணைப்பின் ஒரு பதிப்பு. சகப்பிணைப்புடன் சங்கிலியின் ஒரு பகுதியை மூடுவதன் மூலம் எழும் மற்றொரு சிக்கலான அமைப்பு சிக்கலான லாசோ புரதங்கள் ஆகும், இதற்காக சகப்பிணைப்பு வளையம் ஒன்று அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட முறை சங்கிலியால் இழுக்கப்படுகிறது. டைசல்பைடு பாலங்கள் இருந்ததன் விளைவாக எழும் மற்றொரு சிக்கலான கட்டமைப்புகள் சிஸ்டைன் முடிச்சுகள் ஆகும், இதற்காக இரண்டு டைசல்பைடு பாலங்கள் ஒரு மூடிய, சகப்பிணைப்பு வளையத்தை உருவாக்குகின்றன, இது மூன்றாவது சங்கிலியால் இழுக்கப்படுகிறது. மையக்கருத்தின் பெயரில் "முடிச்சு" என்ற சொல் தவறாக வழிநடத்துகிறது, ஏனெனில் மையக்கருத்தில் முடிச்சு மூடிய சுழற்சி எதுவும் இல்லை. மேலும், பொதுவாக சிஸ்டைன் முடிச்சுகளின் உருவாக்கம் ஒரு முடிச்சு இல்லாத புரதத்தின் மடிப்பிலிருந்து வேறுபட்டதல்ல, ஒரு சங்கிலியை மட்டுமே மூடுவதைத் தவிர, படிக கட்டமைப்பில் உள்ள அனைத்து சங்கிலிகளுக்கும் சங்கிலி மூடுதல் நடைமுறையையும் ஒருவர் செய்யலாம். சில சந்தர்ப்பங்களில் ஒருவர் அற்பமாக இணைக்கப்படாத கட்டமைப்புகளைப் பெறுகிறார், இது நிகழ்தகவு இணைப்புகள் என்று அழைக்கப்படுகிறது. முக்கிய சங்கிலியின் துண்டுகள் மற்றும் டைசல்பைடு பாலங்கள் மற்றும் அயனிகள் வழியாக தொடர்பு ஆகியவற்றால் உருவாக்கப்பட்ட புரதங்களில் உள்ள சுழல்களையும் ஒருவர் பரிசீலிக்கலாம். அத்தகைய சுழல்கள் கட்டப்படாத பிரதான சங்கிலியைக் கொண்ட கட்டமைப்புகளுக்குள் கூட வடிவ இணைப்புகளால் கட்டப்படலாம். முதல் கண்டுபிடிப்புகள் மார்க் எல். மான்ஸ்ஃபீல்ட் 1994 இல் முன்மொழிந்தது, புரதங்களில் முடிச்சுகள் இருக்கலாம். முதுகெலும்பு ஆல்பா கார்பன்களின் வெகுஜன மையத்தில் ஒரு கோளத்தை மையமாகக் கொண்டு, வெகுஜன மையத்திலிருந்து வெகு தொலைவில் உள்ள கால்சாவிற்கும் இடையே உள்ள தூரத்தை விட இரண்டு மடங்கு ஆரம் கொண்ட ஒரு கோளத்தை உருவாக்குவதன் மூலமும், கோளத்தின் மேற்பரப்பில் இரண்டு சீரற்ற புள்ளிகளை மாதிரியாகக் கொண்டதன் மூலமும் அவர் புரதங்களுக்கு அன்க்னாட் மதிப்பெண்களை வழங்கினார். கோளத்தின் மேற்பரப்பில் (பெரிய வட்டங்களின் வளைவுகள்) ஒரு புவியியலைக் கண்டுபிடிப்பதன் மூலம் அவர் இரண்டு புள்ளிகளையும் இணைத்தார், பின்னர் புரதச் சங்கிலியின் ஒவ்வொரு முனையையும் இந்த புள்ளிகளில் ஒன்றுடன் இணைத்தார். இந்த செயல்முறையை 100 முறை மீண்டும் மீண்டும் செய்து, கணித அர்த்தத்தில் முடிச்சு அழிக்கப்படும் நேரங்களை எண்ணுவது கட்டப்படாத மதிப்பெண்ணை அளிக்கிறது. மனித கார்பானிக் அன்ஹைட்ரேஸ் குறைந்த அன்க்னாட் மதிப்பெண் (22) கொண்டதாக அடையாளம் காணப்பட்டது. கட்டமைப்பை பார்வைக்கு ஆய்வு செய்தபோது, முடிச்சு ஆழமற்றது என்று கண்டறியப்பட்டது, அதாவது இரு முனைகளிலிருந்தும் ஒரு சில எச்சங்களை அகற்றுவது முடிச்சை அழிக்கிறது. 2000 ஆம் ஆண்டில், வில்லியம் ஆர். டெய்லர் அசிட்டோஹைட்ராக்ஸி அமில ஐசோமெரோரெக்டடேஸில் (PDB ID: 1YVE) ஒரு ஆழமான முடிச்சை அடையாளம் கண்டார், இது புரதச் சங்கிலிகளை மென்மையாக்கும் மற்றும் முடிச்சுகளை மேலும் புலப்பட வைக்கும் ஒரு வழிமுறையைப் பயன்படுத்துகிறது. இந்த வழிமுறை இரண்டு முனைகளையும் நிலையாக வைத்திருக்கிறது, மேலும் ஒவ்வொரு எச்சத்தின் ஆயத்தொகுதிகளுக்கும் அண்டை எச்சங்களின் ஆயத்தொகுதிகளின் சராசரியை மீண்டும் மீண்டும் ஒதுக்குகிறது. சங்கிலிகள் ஒருவருக்கொருவர் கடந்து செல்லாமல் இருப்பதை உறுதி செய்ய வேண்டும், இல்லையெனில் குறுக்குவெட்டுகள் மற்றும் முடிச்சு அழிக்கப்படலாம். முடிச்சு இல்லையென்றால், வழிமுறை இறுதியில் இரண்டு முனைகளையும் இணைக்கும் ஒரு நேர் கோட்டை உருவாக்குகிறது. ஒரு புரதத்தில் முடிச்சின் செயல்பாட்டைப் பற்றிய ஆய்வுகள் முடிச்சுகளின் செயல்பாட்டைப் பற்றிய சில முன்மொழிவுகள் அது வெப்ப மற்றும் இயக்க நிலைத்தன்மையை அதிகரிக்கக்கூடும். ஒரு குறிப்பிட்ட பரிந்துரை என்னவென்றால், 5 முதல் 2 முடிச்சுகளைக் கொண்ட மனித யுக்விக்விட்டின் ஹைட்ரோலேஸைப் பொறுத்தவரை, முடிச்சு இருப்பது புரோட்டாசோமிற்குள் இழுக்கப்படுவதைத் தடுக்கலாம். இது ஒரு டியூபிக்விட்டினேட்டிங் என்சைம் என்பதால், இது பெரும்பாலும் புரதங்களின் அருகாமையில் விரைவில் புரோட்டாசோமால் சீரழிக்கப்படுவதைக் காணலாம், எனவே இது தன்னைத்தானே சீரழிக்கும் அபாயத்தை எதிர்கொள்கிறது. எனவே, முடிச்சின் இருப்பு அதைத் தடுக்கும் ஒரு பிளக்காக செயல்படக்கூடும். இந்த கருத்து கணினி உருவகப்படுத்துதல்களுடன் YbeA மற்றும் YibK போன்ற பிற புரதங்களில் மேலும் பகுப்பாய்வு செய்யப்பட்டது. முடிச்சுகள் ஒரு துளைக்குள் இழுக்கப்படும்போது இறுக்கமாகத் தோன்றுகின்றன, மேலும் அவை இழுக்கப்படும் சக்தியைப் பொறுத்து, அவை சிக்கிக் கொண்டு துளையைத் தடுக்கின்றன, இதன் ஒற்றுமை வலுவான இழுப்பு சக்திகளுடன் அதிகரிக்கிறது, அல்லது ஒரு சிறிய இழுப்பு விசையின் விஷயத்தில் ஒரு முனையம் முடிச்சிலிருந்து வெளியே இழுக்கப்படுவதால் அவை சிதைக்கப்படலாம். ஆழமான முடிச்சுகளுக்கு, துளைகள் தடுக்கப்படுவதற்கான வாய்ப்புகள் அதிகம், ஏனெனில் முடிச்சு வழியாக இழுக்கப்பட வேண்டிய பல எச்சங்கள் உள்ளன. மற்றொரு கோட்பாட்டு ஆய்வில், மாதிரியான முடிச்சு புரதமானது வெப்ப ரீதியாக நிலையானதாக இல்லை, ஆனால் அது இயக்க ரீதியாக நிலையானதாக இருந்தது கண்டறியப்பட்டது. புரதங்களில் உள்ள முடிச்சு செயலில் உள்ள தளங்களுக்கான சிறப்பியல்பான சங்கிலியின் ஹைட்ரோபோபிக் மற்றும் ஹைட்ரோஃபிலிக் பகுதிகளின் விளிம்பில் உள்ள இடங்களை உருவாக்குகிறது என்பதும் காட்டப்பட்டது. முடிச்சு புரதங்களில் 80 சதவீதத்திற்கும் அதிகமானவை என்சைம்களாக இருப்பது ஏன் என்பதை இது விளக்கலாம். முடிச்சு புரதங்களை விரிவுபடுத்த வலை சேவையகங்கள் சில உள்ளூர் நிரல்களும் பல வலை சேவையகங்களும் கிடைக்கின்றன, அவை முடிச்சு கட்டமைப்புகளுக்கான வசதியான வினவல் சேவைகளையும் புரத முடிச்சுகளைக் கண்டறிவதற்கான பகுப்பாய்வு கருவிகளையும் வழங்குகின்றன. மேலும் காண்க சிக்கலான லாசோ புரதங்கள் குறிப்புகள் வெளிப்புற இணைப்புகள் pKNOT புரோட்டீன் நாட்ஸ் நாட் ப்ரோட்-அறியப்பட்ட (சீட்டு) முடிச்சு கட்டமைப்புகளின் தரவுத்தளம் மற்றும் முடிச்சு கண்டறிதலுக்கான புரதம் கணக்கீட்டு உயிரியல்